甲基丙烯酸化水凝胶（GelMA）

化水凝胶（GelMA）

材料简介：

甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）由甲基丙烯酸酐（MA）与明胶（Gelatin）制备获得，是一种光敏性的生物水凝胶材料。该材料具有优异的生物相容性，且可由紫外光或可见光激发固化反应，形成适于细胞生长与分化且有一定强度的三维结构。其生物相容性远优于基质胶、纤维蛋白胶，而与胶原性能相近；同时成形性能远优于胶原，是替代这类材料的最佳选择。

应用领域： 组织工程、生物3D打印

材料参数：

MA接枝取代转化率是衡量GelMA性质的核心参数，取代率高于15%时可进行光固化交联成形，取代率最高可达90%左右。当取代率低时，GelMA表现出更优异的生物相容性能，当取代率增加时，其交联成形性能与力学性能显著上升。另一方面，不同类型的细胞也有其最合应的取代率材料。苏州智能制造研究院生产的GelMA可根据用户需求，连续生产15%-90%任意转化率的GelMA材料，其中常用的1M、3M、5M型号、对应转化率、核磁共振表征检测结果如下图所示：

图1：不同型号GelMA核磁共振NMR-1H检测结果。特征峰面积随着取代率增大而增加

引发剂特性：

在特定波长的光照条件下，材料中的光引发剂吸收光能产生自由基，进而使GelMA分子间成键形成固相凝胶。苏州智能制造研究所生产的GelMA产品中已包含适量的光引发剂，并提供两种不同的常用引发剂供客户选择：I2959紫外光引发剂与LAP蓝光引发剂。I2959交联过程缓和，更利于需要精确控制固化过程的3D打印方向应用，固化时间10-30s。LAP交联极其迅速，且可由405nm波段的蓝光激发，对细胞几乎没有损伤，固化时间1-5s。两种引发剂对应的核磁共振氢谱检测及紫外吸收光谱、常用光源的光谱见下图：

图2：I2959与LAP引发剂的核磁共振NMR-1H检测结果。两种小分子引发剂在核磁谱中显示的官能团结构清晰，纯度很高。

图3：I2959引发剂吸收光谱。其吸收波段小于350nm，只能由紫外光激发。

图4：LAP引发剂吸收光谱。其吸收波段小于410nm，可由蓝光激发。

图5：用于激发I2959引发剂的全波段紫外光发生器光源光谱

水凝胶性能：

微观孔隙： GelMA交联成水凝胶后，其微观形貌为多孔状。不同细胞适合不同的孔隙大小。GelMA浓度越大、MA取代率越高，则微观孔隙越小。微观孔隙大有利于营养物质与代谢废物的流通，但力学强度会有所下降。

图6：10M GelMA(10% w/v)的电子显微镜照片

流变性能： GelMA材料用于生物3D打印时，其粘度与剪切变稀的能力直接影响其打印性能。不同打印设备及工艺条件需要特定的流变性能与之匹配。苏州智能制造研究院生产的不同型号GelMA材料（配成10% w/v溶液）的粘度与剪切速率关系测试结果如下图所示：

图7：不同型号GelMA材料的剪切变稀能力。

溶胀性能与降解： 交联成形后的GelMA水凝胶仍会吸水，体积变大，称之溶胀。在体外环境中，GelMA水凝胶也会缓慢降解。

图8:10M GelMA(10%
w/v)的降解与吸水溶胀结果

带细胞案例：

图9：1M GelMA 10% 微丝 HUVEC 0.25%LAP D14

图10：3M GelMA 10% 中空管BMSC
0.5%I2959 D14

图11：3M GelMA 10% 凝胶块
HUVEC 0.5%LAP(左) I2959(右) D7

图12：左：比格犬股动脉；右：3M GelMA 10% 人造血管

产品明细及使用方法：

1、避光条件下打开外包装，取出15mL离心管，注入所需的细胞培养基(或PBS溶液)，加热至37度，震荡15分钟，溶解至溶液澄澈无沉淀。

2、用0.22滤嘴将溶液过滤至新的无菌离心管中。

3、将细胞按所需数量与溶液混合均匀，所得细胞打印墨水置入3D打印设备中或孔板中。

4、用所给蓝光手电筒照射所需固化的GelMA溶液5秒。(如使用I2959则需自备光源)

注意事项：

1、配制溶液时务必避免强光、阳光直射，勿暴露于日光灯照射下超过5分钟。

2、配制完的GelMA请尽快使用，配好的溶液可在-20℃避光条件下储存1周。在低于21℃的环境中，GelMA溶液会冷凝成固态，属正常现象，加热即可恢复液态。（光交联不可逆）

3、配制溶液浓度可在5%-30%(w/v)范围内，低于5%可能无法固化，无特殊用途一般不高于30%。推荐使用10%浓度。

4、如使用I2959引发剂，请确保自备光源可靠，具体内容可咨询我方技术人员。